CHUYỂN ĐỘNG CỦA PLASMATRONG ĐỘNG CƠ TÊN LỬA

I. Phân loại tên lửa1. Ưu nhược điểm của tên lửa hóa học thông

thường (conventional chemical rocket).

2. Phương trình tên lửa.

3. Động cơ tên lửa đẩy ion hóa (ion thruster).

II. Các khái niệm động cơ đẩy chạy bằng điệnIII.Hoạt động nghiên cứu của VASIMR

I. Phân loại tên lửa1. Ưu nhược điểm của tên lửa hóa học thông

thường (conventional chemical rocket).

2. Phương trình tên lửa.

3. Động cơ tên lửa đẩy ion hóa (ion thruster).

II. Các khái niệm động cơ đẩy chạy bằng điệnIII.Hoạt động nghiên cứu của VASIMR

I.1 Conventional chemical rockets(tên lửa hóa học thông thường)

• Hoạt động trên nguyên tắc chung là đốt nhiên liệu cótrong khoang chứa nhiên liệu rồi phụt khí ra phía sau,giúp tên lửa chuyển động về phía trước.

Hạn chế:

• Phụ thuộc vào lượng nhiên liệu mang theo tên lửa.

• Phụ thuộc vào bản chất nhiên liệu mang theo tên lửa.

• Gia tốc tàu vũ trụ đạt được chỉ dựa trên nguyên tắcphụt ra phía sau dòng vật chất nên khả năng tăng tốcchưa cao.

• Hoạt động trên nguyên tắc chung là đốt nhiên liệu cótrong khoang chứa nhiên liệu rồi phụt khí ra phía sau,giúp tên lửa chuyển động về phía trước.

Hạn chế:

• Phụ thuộc vào lượng nhiên liệu mang theo tên lửa.

• Phụ thuộc vào bản chất nhiên liệu mang theo tên lửa.

• Gia tốc tàu vũ trụ đạt được chỉ dựa trên nguyên tắcphụt ra phía sau dòng vật chất nên khả năng tăng tốcchưa cao.

10.1.2 The Rocket Equation

• Understanding the motion of a spacecraft

The Rocket Equation (II)

• Phương trình tên lửa:

0 1 expex

vM M

u

• Giữ ∆v không đổi, tăng uex , ∆M giảm, và ngược lại.• Để giảm bớt lượng nhiên liệu cần thiết, người ta

thường chế tạo buồng chứa nhiên liệu gồm nhiềukhoang.

• Giữ ∆v không đổi, tăng uex , ∆M giảm, và ngược lại.• Để giảm bớt lượng nhiên liệu cần thiết, người ta

thường chế tạo buồng chứa nhiên liệu gồm nhiềukhoang.

Động cơ đẩy ion (Ion thruster)

• Nguyên tắc: gia tốc tên lửa bằng cách tạo ra dòng ionđược tăng tốc trong điện từ trường bên trong khoang,sau đó cho dòng ion này phụt ra phía sau làm tên lửachuyển động về phía trước.

• Động cơ đẩy ion hoạt động trên nguyên tắc dùng lựcCoulomb, và lực Lorentz để gia tốc ion.

• Nguyên tắc: gia tốc tên lửa bằng cách tạo ra dòng ionđược tăng tốc trong điện từ trường bên trong khoang,sau đó cho dòng ion này phụt ra phía sau làm tên lửachuyển động về phía trước.

• Động cơ đẩy ion hoạt động trên nguyên tắc dùng lựcCoulomb, và lực Lorentz để gia tốc ion.

Phun nhiên liệu

Từ trường dùngđể làm tăng sựion hóa

Động cơ đẩy ion (Ion thruster)

• Ion Engine

Phát xạ electronở catốt và đượcđiều khiển bởianốt

Electron vachạm vớinguyên tửtrung hòa tạothành ion

Phun electron vàochùm trung hòa

Hiệu ứng Hall (Hall Thruster)

• Hiệu ứng Hall (đọc như "hiệu ứng hôn") là một hiệuứng vật lý được thực hiện khi áp một từ trường vuônggóc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫnhay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang códòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệuđiện thế (hiệu điện thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diệncủa thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điệnchạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng chovật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khámphá bởi Edwim Herbert Hall vào năm 1879.

• Hiệu ứng Hall (đọc như "hiệu ứng hôn") là một hiệuứng vật lý được thực hiện khi áp một từ trường vuônggóc lên một bản làm bằng kim loại hay chất bán dẫnhay chất dẫn điện nói chung (thanh Hall) đang códòng điện chạy qua. Lúc đó người ta nhận được hiệuđiện thế (hiệu điện thế Hall) sinh ra tại hai mặt đối diệncủa thanh Hall. Tỷ số giữa hiệu thế Hall và dòng điệnchạy qua thanh Hall gọi là điện trở Hall, đặc trưng chovật liệu làm nên thanh Hall. Hiệu ứng này được khámphá bởi Edwim Herbert Hall vào năm 1879.

Hiệu ứng Hall (Hall Thruster)

HIB

Vden

• Hướng và chiều tác dụngtrong hiệu ứng Hall

Cơ chế hiệu ứng Hall trên một thanh Hall kimloại. 1: electron. 2: thanh Hall. 3: nam châm. 4:từ trường. 5: nguồn điện. Màu đỏ trên thanhHall thể hiện sự tập trung của điện tích dương,còn màu xanh, ngược lại, là nơi tập trung điệntích âm. Trên các hình B, C, D, chiều của nguồnđiện và/hoặc từ trường được đổi ngược.

Nam châm điện dùng đểtạo từ trường

Mặt ngoàicủa cực từ

Mặt trongcủa cực từ

Nguồnelectron

Phunnhiên liệu

Hiệu ứng Hall (Hall Thruster)

• Hiệu ứng Hall đối với electron ở ranh giới (confines)

Gia tốc của ion trongđiện trường tĩnh

Electron va chạmvới nguyên tử đểtạo ra ion

Phunnhiên liệu

Trục đối xứng

Ống cáchđiện

Từ trường

Hiệu ứng Hall (Hall Thruster)

•Hệ thống động cơ đẩy ion (The Hall thruster scheme)

10.2.3 Magnetoplasma Dynamic (MPD) Thruster

Xả plasma

• The MPD thruster

Cửa nạpnhiên liệu

The Variable specific Impulse MagnetoplasmaRocket (VASIMR)

• The VASIMR concept

10.3.1 The VASIMR Concept

• Nguồn plasma (Khí Heli) được tạo ra từ các khítrung hòa (Hydrogen or Deuterium).

• Giam giữ plasma bằng bẫy từ• Plasma heating bằng tần số sóng vô tuyến• Magnetic nozzle biến đổi năng lượng nhiệt thành

năng lượng đẩy có ích.

• Nguồn plasma (Khí Heli) được tạo ra từ các khítrung hòa (Hydrogen or Deuterium).

• Giam giữ plasma bằng bẫy từ• Plasma heating bằng tần số sóng vô tuyến• Magnetic nozzle biến đổi năng lượng nhiệt thành

năng lượng đẩy có ích.

The VASIMR Concept (II)

The VASIMR Concept (III)

• Hiệu suất tối ưu: tạo ra dòng khí phụt ra có tốc độlớn .

• Đáng tin cậy: không có sự đốt cháy nhiên liệu.• Nhiên liệu rẻ tiền hydrogen, đơteri.

• Hiệu suất tối ưu: tạo ra dòng khí phụt ra có tốc độlớn .

• Đáng tin cậy: không có sự đốt cháy nhiên liệu.• Nhiên liệu rẻ tiền hydrogen, đơteri.

The VASIMR Concept (IV)

• Magnetic Confinement: mirror field

The VASIMR Concept (V)

10.3.2 The VASIMR Experiment

Bơm khuếchtán

Buồng chânkhông Từ tính Cryo

Bộ phận phun khí

• The VASIMR laboratory

Nguồn plasma